一、类文件
1、结构：
ClassFile {
u4 magic;// 魔数，用于确定文件类型
u2 minor_version;// 副版本号
u2 major_version;// 主版本号，代表JDK版本，如：0034，十进制为52，表示JDK8
u2 constant_pool_count;// 常量池数量
cp_info constant_pool[ constant_pool_count - 1];// 常量池
u2 access_flags;// 标记，识别类是class还是接口；是否是public；是否是abstract；是否是final等
u2 this_class;// 当前类
u2 super_class;// 父类
u2 interfaces_count;// 接口数量
u2 interfaces[ interfaces_count];// 接口
u2 fields_count;// 字段数量
field_info fields[ fields_count];// 字段
u2 methods_count;// 方法数量
method_info methods[ methods_count];// 方法
u2 attributes_count;// 属性数量
attribute_info attributes[ attributes_count];// 属性
}
文件通过二进制存储，以8个字节为一组，下图为16进制视图下类文件的内容：
class文件内容
具体内容及常量池结构等，可以参考Java Language and Virtual Machine Specifications。
2、生命周期
类从被加载到虚拟机内存到从内存卸载，包含以下几个阶段：
类的生命周期
（1）加载
- 通过全类名获取类的二进制数据流。
- 将类的二进制数据解析为方法区内的数据结构Klass。
- 在堆区创建java.lang.Class类的实例。
- 数组类本身不通过类加载器创建，它是由 Java 虚拟机直接创建的。如果数组元素是引用类型，则会先加载该引用类型，再创建数组。
类信息在jvm中的存储方式
（2）验证
- 为确保class信息符合当前虚拟机的要求，做以下验证：格式检查、语义检查、字节码验证、符号引用验证。
验证
（3）准备
- 为类变量（static）分配内存，并初始化为默认值。
- static final修饰的属性为常量，在常量池初始化的时候确认内存。
（4）解析
- 把类、接口、字段、方法的符号引用替换成直接引用。
- class文件中不会保存各个方法和字段最终内存布局信息，这些符号引用不经过转换就无法直接被虚拟机使用。
- 符号引用以一组符号来描述所引用的目标，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。
- 直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。
（5）初始化
- 为类变量赋予正确的初始化值
- 初始化阶段会执行<clinit>()，该方法是javac编译器收集类变量的赋值动作和静态代码快中的语句合并而来的。
（6）使用
- 经历过上述阶段，类就可以使用了。
- 可以在程序中访问和调用它的静态类成员信息，或者通过new创建对象实例。
（7）卸载
- 常量回收：常量没有被任何地方引用的时候，则被标记为废弃常量。
- 类回收：Java堆中不存在该类的任何实例对象；加载该类的类加载器已经被回收；该类对应的java.lang.Class对象不在任何地方被引用，且无法在任何地方通过反射访问该类的方法；则类可以被回收。
引用关系
二、类加载器
负责读取指定目录下的class字节码文件，并进行解析，然后转换成方法区的响应结构。
1、分类
类加载器分为两类：启动（引导）类加载器(Bootstrap ClassLoader)、自定义类加载器(User-Defined ClassLoader)。Java虚拟机规范将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。
注意：父加载器和继承没有关系，是类加载器中的parent字段。
（1）启动(引导)类加载器 BootstrapClassLoader
- 嵌在JVM内核中，用C/C++语言编写；
- 加载路径：JAVA_HOME/lib/；
- 不继承自ClassLoader，没有父加载器。
（2）自定义类加载器 User-DefinedClassLoader
<2.1>扩展类加载器 ExtClassLoader
- Java编写，负责加载Java的扩展类库；
- 加载路径：JAVA_HOME/jre/lib/ext/。
- 派生自ClassLoader，父加载器为BootstrapClassLoader；
- 继承关系：ExtClassLoader->URLClassLoader->SecureClassLoader->ClassLoader
<2.2>应用程序类加载器 AppClassLoader
- 加载路径：CLASSPATH下我们自己写的类。
- 派生自ClassLoader，父加载器为ExtClassLoader；
- 继承关系：AppClassLoader->URLClassLoader->SecureClassLoader->ClassLoader
<2.3>自定义类加载器
- 用户自己定义的类加载器
2、双亲委派
双亲委派
- 类加载器收到了类加载请求，并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父加载器去执行；
- 如果父加载器还存在其父加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终到达顶层的启动类加载器；
- 如果父加载器可以完成类加载任务，就成功返回；若父类加载器无法完成加载任务，子加载器才会尝试自己去加载。
3、android的类加载器
（1）BootClassLoader
- ClassLoader的子类
- 加载FrameWork层的代码
- 没有父加载器
（2）BaseDexClassLoader
- ClassLoader的子类
- 实现了ClassLoader的大部分功能
（3）DexClassLoader
- BaseDexClassLoader的子类
- 加载/data/app目录下的dex文件
（4）PathClassLoader
- BaseDexClassLoader的子类
- 加载指定目录的dex文件、包含dex的apk文件、jar文件等。
（5）类加载流程
由于DexClassLoader、PathClassLoader继承自BaseDexClassLoader，而BaseDexClassLoader继承自ClassLoader，当我们调用loadClass时，会调用到如下代码：
public abstract class ClassLoader {
static private class SystemClassLoader {
public static ClassLoader loader = ClassLoader.createSystemClassLoader();
}
private static ClassLoader createSystemClassLoader() {
String classPath = System.getProperty("java.class.path", ".");
String librarySearchPath = System.getProperty("java.library.path", "");
// 创建PathClassLoader
return new PathClassLoader(classPath, librarySearchPath, BootClassLoader.getInstance());
}
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
// First, check if the class has already been loaded
// 首先，检查是否已经加载过
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
// 然后，如果有父加载器，调用父加载器的loadClass
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
// 最后，如果还未找到，调用findClass加载
c = findClass(name);
}
}
return c;
}
}
- 先查询自己是否加载过
- 如果有父加载器，通过父加载器加载
- 如果父加载器没找到，通过findClass加载
上述代码可以看到，创建PathClassLoader传入的parent是BootClassLoader 。
class BootClassLoader extends ClassLoader {
protected Class<?> loadClass(String className, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
Class<?> clazz = findLoadedClass(className);
if (clazz == null) {
clazz = findClass(className);
}
return clazz;
}
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
return Class.classForName(name, false, null);
}
}
如果BootClassLoader没加载到class，则会回到PathClassLoader的代码中执行，执行到它的findClass方法。在findClass中，会通过DexPathList查找class。如果最终未找到，会报ClassNotFoundException异常。
public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
// 通过pathList寻找class
Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
if (c == null) {
ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException(
"Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);
for (Throwable t : suppressedExceptions) {
cnfe.addSuppressed(t);
}
throw cnfe;
}
return c;
}
}
final class DexPathList {
private Element[] dexElements;
public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
// 遍历element，寻找class
for (Element element : dexElements) {
Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);
if (clazz != null) {
return clazz;
}
}
if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
}
return null;
}
}
4、热修复原理
上文已经知道Android的类加载流程，可以看到会通过BaseDexClassLoader.pathList来寻找class，而DexPathList又是通过字段dexElements进行查找，热修复就是通过反射拿到DexPathList，生成新的Element数据，将他的dexElements替换掉从而达成修复的目的。
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